DE2758619A1 - Vollkommenheit der vorrichtung zur druckerhoehung des dampfes oder gases -drehverdampfer/druckregenerator- durch ersetzung der zwei zellenraeder durch ein einziges zellenrad - Google Patents

Vollkommenheit der vorrichtung zur druckerhoehung des dampfes oder gases -drehverdampfer/druckregenerator- durch ersetzung der zwei zellenraeder durch ein einziges zellenrad

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DE2758619A1 DE19772758619 DE2758619A DE2758619A1 DE 2758619 A1 DE2758619 A1 DE 2758619A1 DE 19772758619 DE19772758619 DE 19772758619 DE 2758619 A DE2758619 A DE 2758619A DE 2758619 A1 DE2758619 A1 DE 2758619A1
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Description

pl. -]irh. Yiu] cov, Paul
iicj -Weg 12
6o5o Offenbach a. M.
Zus atzanmeldung
zum
DREHVERDAMPFER/DRUCKREGENERATOR für Druckerhöhung des Dampfes oder Gases
In der Patentanmeldung vom 3o. 3. 76, Patentamt München, mit dem Aktenzeichen P 26 13 4o8-9, ist die Konstruktion des Drehverdampfers/ Druckregenerators in zwei Varianten dargestellt:
- als Ersatz des Kondensators in Kraftwerken, wo das Gerät für seine Funktion die Abgase wärme benutzt oder andere Brennstoffe
- als Kesselersatz, wo er die beiden Aufgaben des Kessels und Kondensators übernimmt, ausgerüstet mit zusätzlichen Anlagen
In beiden Varianten besteht die Konstruktion aus 2 Zellenrädern, die
auf eine gemeinsame Achse montiert sind und gegeneinander drehen.
Sie arbeiten in einem geschlossenen Raum, verteilt in 3 Sektoren:
heiß, neutral und kalt, die untereinander von den Zellen des Gerätes durchgelaufen sind.
Durch den Temperaturanstieg (Sektor 1) und Dampfaustausch zwischen
beiden Zellenrädern (Sektor 2) erhöht sich der Dampfdruck bis zum normalen Wert.
Diese Lösung ist die einzige Möglichkeit, den Druck eines Gases auf
"isochorische Weise" zu erhöhen bei üblichen Temperaturen (7oo-8oo° C), die vom Werkstoff tragbar sind.
Für diesen Zweck besteht das Zellenrad aus einer bestimmten Zahl
von Zellen, während die Umdrehungen pro Minute von der notwendigen
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Zeit der Dampferhitzung (im ersten Sektor) und der Abkühlung des Dampfes im dritten Sektor bestimmt sind. So gibt es z. B. im ersten Sektor (18o°) η-Zellen, im zweiten Sektor können nur (n-2) -Zellen sein, weil die erste und die letzte Zelle für Annahme bzw. Abgabe des Dampfes reserviert sind.
Die Breite des dritten Sektors ist so gewählt, daß die Abkühlung des Dampfes bis zu einem minimalen Druck erfolgt (z. B. n-4 Zellen). Hier wird ein Wärmeverlust erreicht, bestehend aus Dampfkalorien (reiner Verlust) und Rohstoffkalorien, die teilweise durch Brennlufterwärmung wieder gewonnen werden.
Natürlich ist es möglich, konstruktiverweise diese Aufgabe in verschiedenen Varianten zu lösen.
In der ersten Patentanmeldung ist der Dampfaustausch zwischen beiden Zellenrädern durch die Kanäle der gemeinsamen Achse durchgeführt, die mit Löchern vorgesehen sind, wodurch der Dampf aus einer Zelle in andere durchfließt. Die Abdichtungen sind hydraulisch auf die obere Fläche des inneren Rohres gepreßt und befinden sich im inneren Raum des Zellenrades, sind also schwer zugänglich. Die Vorteile <ier neuen Konstruktion:
- Bei der neuen Konstruktion ist dieser Nachteil entfernt, da die Löcher diesmal nicht innerhalb der Zeilen, sondern an den Enden der Achse sind, wie in Fig, I dargestellt,
- Darüber hinaus gibt es nur noch ein Zellenrad statt zwei, wie aus der beigefügten Zeichnung zu ersehen ist. Die Ausführung bzw. die Funktionssicherheit sind einfacher und robuster.
- Ebenfalls ist der dritte Sektor verschwunden. Er wird ersetzt durch eine Niederdruckkammer, die als Luftvorerwärmer funktioniert und dadurch den thermischen Wirkungsgrad verbessert.
S03827/Ö371
■f
Die Darstellung der Erfindung:
Die Zentralachse (pos. 1) besteht aus 12 profilierten Röhren (6), die zusammengeschweißt sind. An einem Ende hat sie eine Kupplung (pos. 8), die mit dem Getriebe verbunden ist (pos. 7), an dem anderen Ende ist der Abgabekopf (pos. 4), der mit der Dampfleitung (Fig. 3) verbunden ist.
Der Annahmekopf (pos. 3), der auch mit der Abdampfleitung verbunden ist, ist in Fig. 4 zu sehen. Die Achse steht auf 2 Lagern (pos. 2). Die Zellen sind radial angeordnet und bestehen aus Rohrschlangen, deren Enden an jedes profilierte Rohr (der Achse) geschweißt sind. Das Zellenrad dreht sich in einem gemauerten (geschlossenen) Raum (pos. 15), der mit Brennanlage (pos. 9), Überhitzer (pos. lo) und Abgaseleitung (pos. 18) ausgerüstet ist.
Die Luft druchfließt die Niederdruckkammer (pos. 14), dann den Luftüberhitzer (pos. lo). Von hier aus durchfließt die Luft durch Leitung (pos. 19) und Sektor 2 an den Brenner (pos. 9). Wie in Fig. 2-4 dargestellt ist, befinden sich im ersten Sektor (18o°) 6 Zellen (Ir6). Die Zelle Nr. 1 ist z. Z. mit Abdampf vom Annahmekopf beladen, und die Zelle Nr. 6 ist vom Abgabekopf entladen. Die anderen 4 Zellen (2-5) bekommen Dampf von den Zellen, die sich in Sektor 2 befinden (Nr. 7, 8, 9, lo). Die letzten Zellen 11 und 12, die sich auch in Sektor 2 befinden, sind mit der Niederdruckkammer (pos. 14) verbunden, wo der Dampf gekühlt wird, und der Druck sich bis zum minimalen Wert sen kt. Dann fließt er weiter mit dem Abdampf, der von der Turbine in der Zelle Nr. 1 kommt. Und jetzt, wenn das Zellenrad sich dreht, durchlaufen die Zellen den Sektor 1. Dank des Temperaturanstiegs und der Dampfaufnahme erhöht sich der Druck bis zum normalen Wert.
In Fig. 3 und Fig. 4 ist zu sehen, daß die Dichtungen zwischen den verschiedenen Zellen durch Lamellen (poe. 11) gesichert sind, die hydraulisch auf die Achse 1 gepreßt sind. Der hydraulische Druck wird durch eine ölpumpe durchgeführt (pos. 12),
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die sich - zusammen mit dem Kühler (ροβ. 13) - in dem Gehäuse des Getriebes befindet. In dieser Weise wird auch die Schmierung zwischen Reibungsflächen gelöst. Die Lager (pos. 2) gehören zu der Rollenlagergruppe, da die Tourenzahl gering ist.
In Anlage 1 sind die thermodynamischen Daten der Verfahren dargestellt, betreffend die Ausführungsbeispiele. Das Gerät im Falle eines Kernkraftwerks auch als Wärmetauscher verwendet werden, wo es auch die Rolle des Kondensators übernimmt.
Wie in Fig. 5 dargestellt ist, wird das Zellenrad in einem Bad (pos. 16) aus flüssigem Metall halbversenkt, das als Wärmeträger bezeichnet ist. Es kann Quecksilber oder ein weichlegiertes Metall sein (aus Zinn und Blei wie beim Löten), das unter 2oo° C flüssig wird. Diese Wanne ist mit Röhren (pos. 17) ausgerüstet, durch die der Primärkreislauf des Reaktors (Wasser oder Natrium) fließt. So wird die Reaktorwärme von den Zellen des Druckregenerators übernommen, und je tiefer die Versenkung des Zellenrades im Bad ist, desto größer wird die Breite des Sektors 1 (heiß). Oberhalb der Wanne bleibt Raum für den neutralen Sektor 2.
Ausführungsbeispiel:
In der Tafel 1 finden wir die thermodynamischen Daten eines Druckregenerators für eine Leistung von 5o ooo kW. Zwei Geräte versorgen eine loo ooo kW Turbine. Auf der rechten Seite ist der Druckablauf in den Zellen dargestellt:
- frischer Dampf mit ρ = loo at t = 5oo° C Spez. Vol. = o, o33 mc/kg
Dampfmenge mg = 18o kg/sec.
- Abdampf mit ρ = 11 at t = 19o° C Spez. Vol. = 0.185 mc/kg Die Wärmegefälle nach Mollier-Diagramm = 57 5 Kj * 137, 5 Kcal/kg Die Leistung L-k = 1 So χ 137,5 χ 427 χ ο, 97 = Io 25ο ooo kgm
1ο_25ο ορο_ = 13β οοο c ρ = 1ββ ^ kw
ι D
303827/0371
ORIGINAL INSPECTED
Wir wählen 2 Druckregeneratoren mit einer Leistung von 9o kg/sec. bzw. 325 t /Stunde mit 12 Zellen und 6o Umdr. /min. Das bedeutet 6 Zellen in Sektor 1 (heiß), Fig. 2, und 6 Zellen in Sektor 2, davon sind 4 Zellen mit dem Sektor 1 verbunden und 2 mit der Niederdruckkammer.
Die Größe der Zelle wird so gewählt, daß an die Abgabestelle 9o : 12 = 7, 5 kg frischer Dampf geliefert werden. Nach der Tafel 1 ist die Zelle zu diesem Zeitpunkt mit 51 kg Dampf von 117 at und 5o2° C beladen, und nach Entladung von 7, 5 kg bleiben noch 43, 5 kg Dampf. Durch das spezifische Volumen dieses Dampfes ν = o, o3 mc/kg ergibt sich das Zellenvolumen also mit:
V = o,o3 χ 51 = 1,53 m3 Die Zustandsgieichung des Dampfes lautet: PV = GRT, gegliedert in:
P = 117.1o33o = 12oB6.ooo
V = Zellenvolumen = 1,53 m3 G = Dampfgewicht = 51 kg R = Dampfkonst. =47 T = absolute Temperatur = 5o2 + 273 = 775° K Die Prüfung: PV =12.o86ooo χ 1, 53 = I85oooo = GRT = 51 χ 47 χ 775
Für Rohrspiralen wählen wir ein Rohr von 76,1 χ 4 mm, dessen Querschnitt F = 35, 3 cmz ist. Die Länge der Rohrschlange ist L =
L = 435 m, und die äußere Fläche Fa = o,24 χ 435 = Io5 m2. Das bedeutet eine doppelte Spirale mit je 5 Windungen von 3, 5 χ 1, 5 m Gesamtabmessung, also eine Trommel (Zellenrad) von ca. 3 m P (Fig. 2). Die notwendige Wärmemenge/Zelle (siehe Tafel 1) ergibt sich wie folgt:
- Dampfenthalpie f. 5o2° C und 117 at = 812, 5 Kcal/kg
11 f. 19o° C und 1,6 at = 675. ο Kcal/kg Dif. =137,5 Kcal/kg
- 1,18 kg + 7,5 kg = 8,68 kg χ 137,5 = 1 197 Kcal/kg = 1 2oo Kcal/kg
Die andere Wärmemenge für 42, 32 kg Dampf, die zwischen den Zellen Nr. 7 und Io (Sektor 2) und Nr. 2 und 5 (Sektor 1) fließt, kommt nur in
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Frage für die Wärmeverluste durch Leitung und Strahlung, die die Verbrennungsanlage betreffen (siehe Wärmebilanz). Für die Erwärmung der Rohrspiralen im Sektor 1, die im Sektor wonig gekühlt worden sind (ca. 5° C), werden die entsprechenden Kalorien für Dampf und für Lufterhitzung gebraucht.
Die Wärmeübertragung
Die 1 2oo Kcal/Zelle werden in o, 5 Sekunden vom Dampf übernommen und müssen durch die Rohrwand (durch die Leitung, Konvektion und Strahlung).
Die Wärmeleitung durch die Rohrwand (Dubbel I, S. 443):
Q. z. = (twl-tw2)Kcal/h/m, wobei λ = 32 Kcal/m
L=Im (Rohrlänge) d = Außendurchmesser
Q/lSt. * ~ψ~γ (52Ο-5ΟΟ) Kcal/l St. di = Innendurchmesser
twi = Oberflächente mper
gg w
-—j—7-5 x 2o = I8oox2o = 36 000 Kcal^t. tW2 = Innentemperatur^=
ζ = !Stunde
Per Sekunde = = Io Kcal/Sek. /Im
Für 435 m und o, 5 Sekunden ergibt eich:
Q = lo x.435 = 2175 Kcal, also mehr als 1 2oo Kcal wie oben.
Die Abkühlung
Die Niederdruckkammer wird so ausgerechnet wie ein Wärmetauscher (Dampf-Luft), da sie als Luftvorwärmer bezeichnet ist.
Das Wärmegefälle beträgt:
- Dampfenthalpie von 12 at und 4o8° C = 775 Kcal/kg
- " " von 1,6 at und 19o° C » 675 Kcal/kg
Differenz = loo Kcal/kg
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Wie in Fig. 6 dargestellt ist, wird die Luft erst einmal in der Nieder -druckkammer vorgewärmt, dann im Rauchgaa-Luftüberhitzer und dann im Sektor 2.
Die Wärmebilanz/Sek.
a) mit Rauchgas geheizt:
Nutzbare . Wärme Verlust
- Wärmemenge im Abdampf (12 at 19o° C)
9o kg χ 675 » 6o 75o
- gelieferte Wärme im Druckregenerator
1197 χ 12 = 14 364 Kcal * 12 375 1
Gesamte an die Turbine gelieferte Wärme 73 125 Kcal Der Druckregeneratorwirkungsgrad beträgt:
12 375
14 364
o. 86
mit eigener Brennstoffanla^e: Nutzbare
Wärme Verlust
-Wärmeaufnahme im Druckregenerator
1197 χ 12 = 14 364 Kcal * 12 375 1
- Theoretische Brennstoffmenge mit Io ooo Kcal/kg =1,6 kg
- Theoretische Luftmenge L=- 1,6 χ 11 m3 = ca. 18 m3
- Schornsteinverluste = 8 %
(18 χ 9oo = 16 2oo Kcal) = 1 296 Kcal
- Leitungs- und Strahlungsverluste 2 % = 32o Kcal
- Andere Verluste = 21 Kcal
Gesamt = 1 637 Kcal
- Rückgewinnung durch Lufterwärmung in der Niederdruckkammer
18 χ 1,293 = 23.2 kg χ ο. 311 χ loo° C = 7οο Kcal
- Rückgewinnung durch Lufterwärmung im Luftüberhitzer
23, 3 kg χ o, 315 χ 25o° C = 1 8oo
Gesamtrückgewinn = 2 5oo Kcal
- Eingeführte Wärme = 14 363 + 1 637 =16 ooo Kcal
- Nutzbare Wärme = 12 375 Kcal
12 375 Der Wirkungsgrad beträgt * = o, 77
909827/0371 - 8 -
Es ist zu bemerken, daß dieser Wirkungsgrad (für Kessel und Kondensator) bei der heutigen Anlage max. 4o - 42 % beträgt, im allgemeinen 32 - 34 % (bei Kraftwerken für reine Stromerzeugung).
Dipl. -Ing. Paul Morkov
909827/0371

Claims (8)

  1. Di pi. -Ing. Müicü\, J 'an!
    Georg-Büchner-Weg 12
    6o5o Offenbach a. M.
    PATENTANSPRÜCHE
    Die Vollkommenheit der Vorrichtung zur Druckerhöhung des Dampfes oder Gases - Drehverdampfer/Druckregenerator -, Patentanmeldung P 26 13 4o8.9/3o. 3. 76 beim Patentamt München, durch:
    - Die Ersetzung der zwei Zellenräder, die eine funktionsfähige Batterie bilden, durch ein einziges Zellenrad, dessen Rohrspiralen (Zellen) direkt auf die Hauptachse geschweißt sind, die auf zwei Lagern steht und an deren jedem Ende sich die Kopfaufnahme für den Abdampf und die Kanäle für den Dampfaustausch zwischen den Zellen befinden, und am anderen Ende befindet sich der Abgabekopf des frischen Dampfes.
  2. 2. Die gleiche Vorrichtung wie bei Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse (1) aus mehreren profilierten Röhren (6), die zusammengeschweißt sind, besteht, deren Zahl der der Zellen entspricht und mit 2 Löchern an jedem Ende vorgesehen ist.
  3. 3. Die gleiche Vorrichtung wie oben, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen zwischen Zellen nur am Annahme- (3) bzw. Abgabekopf (4) sind (statt an der Längsachse), die durch Lamellen gesichert sind (11), die hydraulisch auf die Achse gepreßt sind.
  4. 4. Die gleiche Vorrichtung wie oben, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrspiralen (5) radial angeordnet sind und ihre Enden mit jedem profilierten Rohr (6) verbunden sind, so daß sie zusammen «ine Zelle bilden.
    ORIGINAL INSPECTED
  5. 5. Die gleiche Vorrichtung wie oben, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Zellenrad sich in einem geschlossenen Raum dreht (15), der in zwei Teile zu je 18o° verteilt ist, die einen heißen Raum (Sektor 1) und einen neutralen Raum (Sektor 2) bilden.
  6. 6. Die gleiche Vorrichtung wie oben, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Abkühlung des Dampfes in einer Niederdruckkammer (14) stattfindet, die in Verbindung mit den letzten Zellen des 2. Sektors steht und als Vorwärmer für frische Luft sorgt.
  7. 7. Die gleiche Vorrichtung wie oben, dadurch gekennzeichnet, daß für seine Verwendung in Kernkraftwerken der Druckregenerator in einem speziellen Wärmetauscher versenkt ist, der in Form einer Wanne gebaut ist (16), in welchem die Röhren des Reaktors (17) eine Flüssigkeit oder flüssiges Metall erwärmen, in der das Zellenrad teilweise versenkt wird.
  8. 8. Die gleiche Vorrichtung wie oben, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckregenerator mit Abgasen einer vorhandenen Anlage beheizt werden kann oder mit einer eigenen Brennstoffanlage (9), in welchem Fall vor der Abgaseleitung ein Luftüberhitzer <lo) vorgesehen ist.
    Dipl. -Ing. Paul Morcov
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